随着科技的进步与人类需求的提高,各种先进功能材料的迅速兴起,Pickering高内相乳液(HIPEs)被广泛用于诸多高新产业。不同于无机颗粒与人工合成高分子有机颗粒,生物相容性高的蛋白基Pickering稳定剂更契合人们对环保、健康型产品的追求。而常见的蛋白颗粒皆需通过物理、化学或生物技术手段制备。因此,从天然球蛋白中寻求一类结构稳定、无需任何处理的蛋白基Pickering稳定剂不失为一种更好的选择。但传统的球蛋白乳化机理为:球蛋白于油水界面可高度展开并相互交联形成包裹油滴的蛋白膜。鉴于这一机理均以表面疏水性较高的球蛋白为模型,本文则从表面亲水性较高的糖蛋白入手,探究新的球蛋白乳化分子机制,并构建性能卓越的Pickering HIPEs。首先,本文发现单体糖蛋白卵清蛋白(OVA)与三聚体糖蛋白大豆β-伴球蛋白(β-CG)均属于天然的Pickering稳定剂,仅通过一步剪切均质即可高效稳定水包油(O/W)型HIPEs。不同的是,β-CG吸附至油水界面后会解聚为三种均含有糖链的亚基,α′、α与β。而OVA与β-CG亚基均具有较强的分子内聚力,虽在自身疏水基团与油相相互吸引及油水界面张力的作用下有限展开,却可于解吸后高度回叠,属于结构稳定的软颗粒。OVA与β-CG不仅均能有效包埋高体积的油相,其稳定的HIPEs还均具有类似水凝胶的自我支撑能力与可塑性。当油相体积分数(Φ)固定于0.8时,二者稳定HIPE凝胶所需的最低蛋白浓度(c)均低至0.2 wt.%。且制得HIPEs的流变学行为、微观形貌与分散性还均可通过c的改变进行有效调控。当c较低时,二者稳定的HIPEs具有以难分散的油滴桥联絮凝为主的凝胶网络结构;当c较高时,制得HIPEs类似于一种可分散为游离油滴的高度浓缩型乳液。此外,制得HIPEs还具有较高的贮藏稳定性、热稳定性、冻融敏感性与令人瞩目的温度响应性。综合这两种天然糖蛋白自身及其稳定Pickering HIPEs的各种优异特性与相关构效关系,本文不仅为胶体领域注入了的新鲜血液,还初步揭示了糖链对于球蛋白高效发挥Pickering稳定剂作用的重要性。然后,为了验证糖链的关键作用,本文利用半乳糖(galactose,Gal)通过美拉德反应将天然牛血清蛋白(nBSA)成功转化为与OVA与β-CG亚基类似的糖基化BSA(gBSA)。gBSA表面接枝的Gal基团与水分子相互作用,形成致密且厚实的水化层,将反应导致结构更紧凑的BSA颗粒紧密包裹,最终生成一种具有壳核结构的软颗粒。相较于nBSA,gBSA的结构稳定性、颗粒间空间位阻与稳定Pickering HIPEs的效率均显著增强。且与OVA或β-CG稳定的HIPEs性质类似,gBSA稳定的HIPEs亦具有明显的凝胶性、较高的油滴聚结稳定性、冻融敏感性与温度响应性。因此,糖链的存在对于球蛋白高效发挥Pickering稳定剂作用至关重要,属于充分非必要条件。在糖链重要性验证过程中,体系中未参与反应的Gal被透析去除。而基于游离糖分子不去除的情况,本文研发出一种将非糖蛋白转化为壳核型软颗粒的新策略,即于水相中引入一定浓度的多羟基化合物。与非糖蛋白结合的多羟基化合物可在其表面形成一层厚且致密的“多羟基化合物壳”,使作为核心的蛋白颗粒结构更紧凑。而未结合的多羟基化合物可与构建的颗粒协同稳定油水界面,间接提高非糖蛋白的乳化效率。并且,高浓度的多羟基化合物还可于水相中形成较大的胶束或网状结构,通过空间排阻作用提高非糖蛋白于油水界面的吸附速率与解吸能。这一制备Pickering稳定剂并提高其乳化效率的新途径与相关机理,不仅适用于非糖蛋白,同样适用于糖蛋白、甚至其他无机或有机胶体颗粒。最后,本文以OVA为糖蛋白模型,证明糖蛋白的乳化分子机制可通过改变水相pH进行有效调控。在中性(pH 7.0)环境中,糖蛋白为一种柔软的Pickering稳定剂。在碱性(如pH 11.0)环境中,糖蛋白分子转化为结构松散的不规则颗粒,并可于油水界面高度展开且相互交联,形成包裹油滴的薄膜。在酸性(如pH 3.0)环境中,糖蛋白轻度展开又彼此紧密聚集,形成规则的大颗粒。这类聚集体颗粒同样为由糖链赋予的水化层外壳与内部紧密结合的蛋白核心组成,兼具强内聚力与高结构稳定性。与处于pH 7.0的糖蛋白比较,此类大颗粒充分体现了Pickering稳定剂的尺寸效应,具有更高的油水界面解吸能、更大的稳定界面面积,更强的桥联能力。并且,pH 3.0时糖蛋白聚集体颗粒稳定的HIPEs具有更坚固的凝胶网络结构与更高的油滴聚结稳定性,可作为传统蛋黄酱的替代品。综上,本文不仅发现了新的球蛋白乳化分子机制,还为新型Pickering HIPEs的研发与应用提供了思路,于理论与实践,都具有较高的创新性与重要性。